中國天文學家揭開白矮星吸食行星物質的奧秘

銀河系中數以千億計的恆星有怎樣的宿命？它們中的絕大多數都會演化成白矮星。在白矮星演化過程中，環繞在其周圍的塵埃盤及大氣金屬污染的形成機制一直為研究者所關注。

最近南京大學陳迪昌博士為首研究團隊找到了這兩種觀測現象之間的聯繫，並提出了演化模型。作為緻密星體，白矮星有強大的引力，在演化過程中會吸食靠近的小行星。白矮星食量有限，若靠近的小行星數量過多，一時消化不了，就會在其周圍堆積形成塵埃盤。

白矮星的大氣金屬污染又是如何形成的？陳迪昌表示，靠近白矮星的小行星受引力作用被撕裂，不斷發生碰撞、形成塵埃。這些顆粒會在白矮星本身輻射作用下，一步步進入白矮星表面。小行星上的岩石固體中包含的金屬元素也被白矮星一起吸入，從而形成金屬污染。

白矮星的塵埃盤與其大氣中的金屬污染究竟是什麼關係？凡是被塵埃盤圍繞的白矮星，也可以同時觀測到金屬污染。而白矮星比較年輕的時候，才能在其周圍觀測到塵埃盤。到演化後期，塵埃盤基本消失，但金屬污染依然存在。

陳迪昌表示，在巨行星攝動作用下，小行星進入到白矮星周圍，進入小行星的數目隨時間冪律衰減。前期進入的小行星很多，白矮星吸積速率與其本身消化能力有關，反應出白矮星有多能吃，呈現為下降較為緩慢的冪律衰減。到後期，白矮星周圍小行星較少，吸積率迅速下降，因為此時外來物質都能被白矮星消化，吸積速率取決於外來物質的量有多少，反應的是小行星在木星攝動下進入白矮星周圍的補充過程。

白矮星吸積物質的補充機制，一般認為是類似木星的巨行星擾動其周圍的小行星帶，把小行星趕到白矮星周圍。研究團隊從理論和數值模擬上得到白矮星前期的消化能力和後期物質的補充速率，都隨時間冪律衰減，這前後兩個冪律衰減的規律和觀測數據非常吻合。

【圖：南京大學；文：節錄自科學網頁；新聞訊息由林景明提供】研究全文刊登在已經出版的《自然-天文》期刊